覃尚文

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530011)

0 引言

溫度離析是瀝青路面早期破壞的主要原因之一。溫度離析是指瀝青混合料在運輸、攤鋪、碾壓過程中，由于施工工藝的不足和環(huán)境的影響造成瀝青混合料局部區(qū)域的溫度差異。溫度離析會造成路面局部區(qū)域壓實度不足，而路面壓實不均勻是路面水損害的主要原因。在重復荷載的作用下，路面進一步壓實，平整度降低，

路面路用性能下降。研究表明，由于溫度離析的影響，瀝青面層的使用壽命會大大縮短，嚴重離析的路面使用壽命可能會減少50%以上。

目前國內(nèi)外的學者對瀝青路面的溫度離析問題的關注度逐漸提高，但將其作為指導施工的質(zhì)量控制指標的研究還較少。其中，彭余華等人觀測了不同條件下瀝青混合料攤鋪面的溫度分布，分析了其溫度離析的不同表現(xiàn)性狀和溫度差異的形成原因，發(fā)現(xiàn)溫度離析對瀝青面層的影響與溫度離析區(qū)域的面積、區(qū)域和溫度都有較大的聯(lián)系；郭大進等人使用紅外熱像儀對多條高速公路施工過程中運料車、攤鋪機進料口、卸料斗、螺旋布料器軸后等不同離析位置進行定位，總結(jié)紅外熱像儀定性判斷溫度離析情況的效果，發(fā)現(xiàn)紅外熱像儀能夠快速、重復、無損地確定發(fā)生離析的關鍵部位，并為施工提供有效依據(jù)；周志剛等人運用紅外熱像儀觀測了隧道不同部位的溫拌瀝青混凝土攤鋪面的碾壓溫度分布情況，分析了其溫度離析的不同分布狀況和溫度差異的形成原因，發(fā)現(xiàn)溫拌瀝青混凝土碾壓溫度與其密度、壓實度、空隙率之間存在良好的線性相關關系；禤煒安等人采用紅外熱像儀對瀝青路面施工各階段溫度離析狀況進行監(jiān)測，分析其檢測的溫度數(shù)據(jù)與路面壓實度的關系，發(fā)現(xiàn)紅外熱像圖可以反映瀝青混合料在運輸、攤鋪、碾壓階段的溫度離析現(xiàn)象，并為瀝青路面施工全過程進行安全監(jiān)控，能夠保證路面的壓實質(zhì)量。

目前國內(nèi)對溫度離析的相關評價規(guī)范尚未出臺，而在2000年，美國NCAT機構(gòu)在溫度離析判斷中總結(jié)推薦供行業(yè)參考的以溫度差來定義的方法如表1所示。

表1 NCAT溫度離析程度分類標準表

本文使用日本NEC公司生產(chǎn)的NEC-TH9100紅外熱成像儀檢測瀝青混合料在運輸、攤鋪、碾壓階段的溫度離析情況，分析并提出溫度離析的防治措施；結(jié)合無核密度儀PQI-301分析混合料的溫度離析對路面壓實度的影響。

1 紅外熱成像儀

1.1 工作原理

本文采用日本NEC公司生產(chǎn)的NEC-TH9100紅外相機，這是一種非接觸、高靈敏的紅外線熱成像儀，具有自動靈敏度設置、自動調(diào)節(jié)中心溫度值、自動聚焦等全自動功能。TH9100紅外熱成像儀基本參數(shù)如表2所示。

表2 紅外相機TH9100基本參數(shù)表

NEC-TH9100主要由三個部分組成：探測器、監(jiān)視器和顯示屏，如圖1所示。紅外熱成像儀是利用紅外探測器和光學成像物鏡接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上，并轉(zhuǎn)化為電信號，再將放大的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號就可以制成彩色或黑白的熱像圖。紅外相機不僅可以實時拍攝畫面，也可以保存圖片并批量處理圖片，及時獲取溫度數(shù)據(jù)。本軟件還提供了點、線、面三種溫度分析方式。選取點分析能顯示該點的溫度；在面的選取上有長方形、圓、橢圓等各種形狀可供選擇，也可自己繪制區(qū)域；線段可以自由繪制，線與面可以提供最高溫度、最低溫度、平均溫度。

圖1 紅外成像儀原理示意圖

1.2 操作步驟

(1)安裝好電池與SD卡，設備啟動時需要1 min的加載時間。(2)調(diào)焦：NEC-TH9100紅外相機具有手動和自動調(diào)焦的功能，為了避免背景過熱或過冷的反射，影響目標測量的精確性，調(diào)整焦距或測量方位以減少或者消除反射影響。(3)選擇合適的測溫范圍：NEC-TH9100紅外相機可以自動調(diào)節(jié)測溫范圍，按住調(diào)焦按鈕5 s后可自動調(diào)溫。(4)確定合適的測量距離：由于拍攝的距離限制了每張拍攝的范圍，拍攝過程宜進行分區(qū)域拍攝，但相鄰圖像之間應有重合部分。本文采用的拍攝距離在1.5～2 m之間。(5)拍攝圖片并保存：將存儲卡上的熱像圖導入計算機中，用紅外熱像儀配套的軟件NS9200進行相應的溫度數(shù)據(jù)處理。通過軟件處理后，可以顯示測量的日期、環(huán)境溫度、溫度范圍、輻射率等信息。

2 混合料溫度離析檢測分析

2.1 運輸階段溫度檢測

本研究選擇在某高級公路下面層施工過程中進行，下面層采用AC-25瀝青混合料。

由于瀝青混合料拌料場距離施工路段有一定的運距，在運輸過程中混合料與空氣和運料車倉的接觸區(qū)域會導致溫度流失。首先在運料車倉中選定4處合適位置，分別使用紅外熱成像儀對混合料在出拌料場、開始卸料與卸料中途進行溫度測定。將各階段拍攝的圖片匯總，并使用紅外熱像儀配套軟件NS9200逐一分析，各階段溫度數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 瀝青混合料出倉到攤鋪溫度變化匯總表

為了避免由于個別照片拍攝的隨機性造成誤差，更加合理地測定瀝青混合料在運輸過程中的溫度離析，將4組圖片中的混合料溫度數(shù)據(jù)整合，并繪制成溫度變化趨勢圖，如圖2所示。

圖2 混合料運輸過程中的溫度變化趨勢圖

(1)由圖2所示，混合料從拌料場運輸?shù)绞┕龅兀旌狭系臏囟瘸尸F(xiàn)逐漸降低的趨勢，混合料的平均溫度從140.9 ℃降低到125.1 ℃。當運料車到達施工現(xiàn)場，車倉內(nèi)混合料最高溫度與最低溫度之間相差33.0 ℃，由表1NCAT溫度離析定義表可知，在運輸過程中由于溫度流失達到了嚴度離析程度。

運料車在快速的行駛過程中，加快了帆布層及車廂壁與周圍環(huán)境的對流換熱，熱量交換頻繁迅速，導致運料車內(nèi)混合料的溫度逐漸降低。為保證瀝青路面壓實合格率，施工人員應加強混合料運輸控制。減少熱量流失的關鍵是減少混合料與空氣的溫差，最直接的措施是加強覆蓋保溫。除了采用良好的保溫措施之外，應采用大噸位的運料車，盡量減少運料車次。

(2)由圖2所示，混合料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后，在卸料途中，混合料的平均溫差從125.1 ℃降低到118.5 ℃，降溫幅度不大，但混合料最低溫度低至81.8 ℃，遠遠低于混合料最佳攤鋪溫度。

為了避免部分低溫混合料被攤鋪導致路面壓實度不足，待混合料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后應進行二次拌合，有效減小溫度離析程度。

2.2 攤鋪階段溫度檢測

2.2.1 收斗離析

在瀝青路面施工過程中，使用紅外熱成像儀對攤鋪機料斗收斗前，拍攝斗內(nèi)瀝青混合料，匯總并分析，圖中收料斗內(nèi)溫度存在明顯差異。選取其中一處收斗熱成像圖與其可見光圖(見圖3)，在斗內(nèi)選取5個區(qū)域進行局部溫度分析，結(jié)合軟件得出各區(qū)域溫度分布情況見表4。

表4 收斗時各區(qū)域混合料溫度表

圖3 收料斗混合料溫度熱成像與可見光示意圖

由圖3、表4可知，收斗時各區(qū)域混合料溫度，越靠近料斗外側(cè)混合料溫度越低，斗內(nèi)混合料集中區(qū)域溫度較高。區(qū)域C的平均溫度為117.9 ℃，區(qū)域A的平均溫度為77.6 ℃，相差達到了40.3 ℃，由表1可知，混合料達到了嚴重離析的程度。這是由于運料車在卸料過程中，兩邊的混合料與外界接觸時間較長，而斗中間位置處有傳送帶不斷將瀝青混合料運輸至螺旋布料器中。

收斗后，利用紅外成像儀對攤鋪區(qū)域進行溫度捕捉，如圖4所示。該處最高溫度為125.2 ℃，最低溫度為101.9 ℃，溫差達到了23.3 ℃，由表1可知，混合料達到了中度離析的程度。同時該區(qū)域平均溫度為110.8 ℃，碾壓溫度已經(jīng)低于施工中規(guī)范要求的130 ℃。如圖4中可見光圖為該區(qū)域碾壓完成后的實拍圖，出現(xiàn)較為明顯的離析區(qū)域，利用無核密度儀在離析區(qū)域及周邊進行密度檢測，數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5中離析區(qū)域壓實度偏小，同時該區(qū)域壓實質(zhì)量有明顯波動現(xiàn)象，說明溫度離析影響壓實質(zhì)量。該離析區(qū)域溫度較低，在該處施工時為滿足施工質(zhì)量要求應增加該處的碾壓次數(shù)，同時應進一步優(yōu)化攤鋪機收斗工序，減少收斗次數(shù)，降低收斗持續(xù)時間。

圖4 收斗造成離析與可見光示意圖

圖5 收斗離析及未離析密度對比圖

2.2.2 停機等料

因瀝青混合料供應不上、攤鋪機故障或其他原因而使攤鋪機停機，在此時間段利用紅外熱成像儀對螺旋布料器中的溫度進行測定，對比攤鋪機停機與再次運行后的混合料溫度變化，如圖6為剛停機時混合料的溫度分布圖，圖7為再次運行后混合料的溫度分布圖，同時記錄停機的時間。

圖6 剛停機溫度分布圖

圖7 再次運行溫度分布圖

螺旋布料器剛停機混合料的平均溫度為149.2 ℃，再次運行后混合料的平均溫度為137.9 ℃，溫差達到了11.3 ℃，為輕度離析。此處因更換擋板停機時間為3 min，短時間內(nèi)瀝青混合料在與外界接觸中溫度散失較大，說明攤鋪機停機狀態(tài)對溫度影響較大，為減少攤鋪機出現(xiàn)停機問題，應加強施工組織管理與對機械設備的檢查工作。

攤鋪機的停機狀態(tài)也會影響熨平板位置的混合料溫度，如圖8為攤鋪機恢復工作后，拍攝熨平板停經(jīng)處區(qū)域。

圖8 熨平板溫度與可見光示意圖

如圖8所示，在攤鋪機停經(jīng)處熨平板前后出現(xiàn)明顯的溫度離析，圖中最高溫度為141 ℃，最低溫度為101 ℃，溫差達到了40 ℃，達到了嚴重離析的程度；同時對比可見光圖可以看出該處有明顯的橫向印記。由于攤鋪機停機使混合料在該處停留，攤鋪的瀝青混合料溫度在不斷下降，同時在螺旋布料器中的混合料集中熱量損失較慢，隨著時間的推移以印記為分界線溫差逐步增大，從而造成圖6中的溫度分布情況。該處攤鋪機停留時間過長，同時該處平均溫度為113.5 ℃已經(jīng)低于碾壓要求的施工溫度125 ℃，應適當增加碾壓次數(shù)。

2.3 碾壓階段溫度檢測

路面碾壓過程中的溫度離析主要是由于路面不同位置碾壓遍數(shù)的不同，導致溫度分散不均勻。使用紅外熱成像儀對瀝青混合料碾壓過程進行跟蹤拍攝，各階段熱成像圖片匯總，并在各階段選擇典型溫度圖進行分析。如圖9為瀝青混合料剛攤鋪時的溫度及可見光圖，在圖中選定4處區(qū)域進行溫度分析如表5。

表5 碾壓后路面溫度分析表

圖9 碾壓后溫度與可見光示意圖

根據(jù)圖9可以看出，在壓路機碾壓過后，路面局部區(qū)域出現(xiàn)明顯的溫度離析，因在碾壓過程中，由于鋼輪壓路機碾壓時不停在灑水，接觸后導致面層熱量損失較大，同時碾壓過程中的速度不均勻，使灑水量在各斷面存在差異，從而造成各區(qū)域溫度分布不均勻。表5中區(qū)域D位置處的最高溫度與最低溫度溫差為13 ℃，由表1可知，路面碾壓階段出現(xiàn)了輕度離析現(xiàn)象。

3 均勻性對比

3.1 溫度均勻處壓實度檢測及分析

在瀝青路面攤鋪后用紅外熱成像儀進行路面溫度均勻性分析，匯總圖片并利用紅外熱成像儀軟件處理。選取一處溫度分布均勻、無明顯離析現(xiàn)象的區(qū)域，最大溫差在10 ℃以內(nèi)。其熱成像圖與可見光情況見圖10，各區(qū)域溫度分布如表6所示。

表6 溫度攤鋪均勻數(shù)據(jù)紅外檢測溫度數(shù)據(jù)表

圖10 溫度攤鋪均勻紅外成像與可見光示意圖

圖10結(jié)合可見光圖可以看出該位置溫度較為均勻，路面攤鋪效果良好。區(qū)域B接近路緣處，區(qū)域A是攤鋪機螺旋布料器中間處，折線A在整個攤鋪斷面溫度波動值為8 ℃，整體溫度分布為中間處略高于路緣處。主要原因是分料器分料過程中，由于螺旋葉片左右兩端混合料與外界環(huán)境接觸時間較長，導致路緣處混合料溫度相對較低。

為驗證該處在無溫度離析條件下的碾壓質(zhì)量狀況，拍攝紅外照片后用標記筆在路緣處進行位置標記，待路面完成碾壓后進行無核密度儀數(shù)據(jù)檢測，檢測壓實度結(jié)果見表7。

表7 溫度攤鋪均勻處PQI壓實度數(shù)據(jù)表

如表7所示，針對溫度攤鋪均勻處的壓實度PQI檢測，壓實度質(zhì)量要求滿足最大理論密度的94%，檢測區(qū)域壓實質(zhì)量合格率為100%，同時壓實質(zhì)量波動性小，說明無溫度離析處壓實質(zhì)量均勻。

3.2 攤鋪層溫度不均勻處紅外檢測及分析

選取一處溫度分布不均勻、存在明顯離析現(xiàn)象的區(qū)域。其熱成像圖與可見光情況見圖11，各區(qū)域溫度分布數(shù)據(jù)見表8。

表8 溫度離析攤鋪層紅外檢測溫度數(shù)據(jù)表

圖11 溫度攤鋪不均勻紅外成像與可見光示意圖

如圖11和表8所示，三個區(qū)域及折線斷面的平均溫度均滿足施工要求，結(jié)合可見光情況可以判定區(qū)域A位置處于路緣處，溫差達到18 ℃且溫度范圍分布較廣，結(jié)合表1說明該處屬于中度離析；區(qū)域B溫差為10.4 ℃，該處存在輕度離析；區(qū)域C位于路面中心位置是攤鋪機中心線處，溫度分布較為集中，沒有明顯的溫差。

拍攝紅外照片后利用油漆在相應的路緣石位置標記，待路面完成碾壓后進行無核密度儀的數(shù)據(jù)檢測，檢測壓實度結(jié)果見表9。

表9 溫度攤鋪不均勻處PQI壓實度數(shù)據(jù)表

如表9所示，PQI檢測壓實度中出現(xiàn)壓實質(zhì)量不合格的區(qū)域，通過與可見光對比不合格區(qū)域基本在溫度離析處，說明溫度離析直接影響路面壓實質(zhì)量。瀝青混合料發(fā)生溫度離析是顆粒間能量交換差異而導致集料出現(xiàn)溫差的現(xiàn)象，此現(xiàn)象也會在各工序中不斷傳遞，針對范圍較大的溫度離析區(qū)域，應進行換料處理，小范圍溫度離析可適當增加碾壓次數(shù)。

4 結(jié)語

(1)通過對比瀝青混合料在運輸、攤鋪、碾壓階段的溫度離析可知，混合料在運輸過程中溫度流失最為嚴重，溫度離析程度也最為明顯。運料車應加強覆蓋保溫措施，且應采用大噸位的運料車，盡量減少運料車次。

(2)瀝青混合料溫度離析程度與路面壓實度之間具有良好的相關性，溫度離析越嚴重，瀝青混合料壓實度的合格率越低。壓實時檢測路面溫度，指導壓路機合理控制碾壓遍數(shù)。

(3)紅外熱像儀是一種高效、無損的溫度檢測手段，對路面溫度進行檢測，可以同時在一定范圍內(nèi)獲取大量溫度信息，并能實時指導施工。